2004年,「深中通道」就被提上議程,當年原深圳市交通局與深高速聯合委託中國公路工程諮詢監理總公司和鐵道第四勘察設計院開展「深中通道」研究工作,初步提出「採用公鐵合建的隧道過江方案」。
2006年中旬,深圳市政府提出興建深中大橋,以連接深圳市和中山市,而大橋位於港珠澳大橋北面。
值得一提的是,珠海市提出規劃興建伶仃洋通道,位於深中通道和港珠澳大橋之間,東邊落腳點規劃為前海深港現代服務業合作區,西邊落腳點為淇澳島。
2012年11月,廣東省交通廳宣布推薦方案,採用「東隧西橋」方式興建,並同時開始進行環評公示。
2016年12月,西人工島先行開建。
2018年9月6日,中山大橋首根樁基開鑽。
2021年1月22日,深中通道E7管節完成沉放對接,項目沉管隧道安裝突破千米大關,同時,深中通道伶仃洋大橋西錨碇底板施工全部完成
2022年6月28日,深中通道中山大橋段順利合龍。該橋主橋長580米,兩座主塔高213.5米,其中西塔位於中山翠亨新區馬鞍島,東塔位於廣州萬頃沙鎮東側
2022年6月30日,深中通道沉管隧道基槽實現全線貫通,7月22日,東側管道全部完成安裝。8月12日,海底隧道所有管道預製完成。
2022年9月25日,伶仃洋大橋主纜架次全部鋪設完成。
2023年1月,全線開始鋼橋面鋪裝。